現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)

本書主要介紹常用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本原理，特別是有限元法、優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性的基礎(chǔ)知識(shí)和求解機(jī)械工程問題的步驟。

第1章簡(jiǎn)要介紹了現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法產(chǎn)生和發(fā)展的背景及其特點(diǎn)；第2章介紹了有限元方法的基本原理，特別是結(jié)合工程機(jī)械，著重介紹了平面問題、桿件結(jié)構(gòu)、板殼問題、空間問題以及動(dòng)態(tài)問題的求解原理，并分別結(jié)合目前流行的結(jié)構(gòu)分析軟件ANSYS給出一些求解實(shí)例，第3章介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本概念和原理，以及幾種常用的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的原理和求解步驟，對(duì)機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一些常見問題的處理也作了簡(jiǎn)要介紹，舉例說明了機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)兩大類型的優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立過程；第4章介紹了可靠性工程的基礎(chǔ)知識(shí)、機(jī)械零件的可靠性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、疲勞強(qiáng)度的可靠性分析及可靠性試驗(yàn)的原理和方法，第5章簡(jiǎn)要介紹了其他一些常用的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法。

本書可作為高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)本科生及研究生的教材，也8可供有關(guān)工程技術(shù)人員閱讀與參考。

前言

第1章 緒論

1.1 概述

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

1.3 本書內(nèi)容

第2章 有限元法基礎(chǔ)

2.1 有限元法簡(jiǎn)介

2.1.1 有限元法的產(chǎn)生及基本思想

2.1.2 有限元法的分析過程

2.1.3 有限元法在工程中的應(yīng)用

2.2 彈性力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

2.2.1 彈性力學(xué)平面問題

2.2.2 彈性力學(xué)基本方程

2.3 彈性平面問題的有限元法

2.3.1 結(jié)構(gòu)離散及單元?jiǎng)澐?

2.3.2 三角形單元分析

2.3.3 整體分析

2.3.4 有限元分析應(yīng)注意的幾個(gè)問題

2.3.5 平面問題應(yīng)用實(shí)例

2.4 二維梁?jiǎn)卧?

2.4.1 平面梁?jiǎn)卧膭偠染仃?

2.4.2 整體坐標(biāo)的單元?jiǎng)偠染仃?

2.4.3 非節(jié)點(diǎn)載荷的移置

2.4.4 框架問題應(yīng)用實(shí)例

2.5 空間問題

2.5.1 4節(jié)點(diǎn)四面體單元的剛度矩陣

2.5.2 單元的等效節(jié)點(diǎn)載荷

2.5.3 空間問題應(yīng)用實(shí)例

2.6 薄板、殼問題

2.6.1 薄板彎曲的基本概念和基本方程

2.6.2 薄板問題的有限元法

2.6.3 薄殼問題的有限元法

2.6.4 薄板、殼問題應(yīng)用舉例

2.7 動(dòng)力問題

2.7.1 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力方程

2.7.2 質(zhì)量矩陣和阻尼矩陣

2.7.3 結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型

2.7.4 結(jié)構(gòu)的動(dòng)力問題分析實(shí)例

思考題

習(xí)題

第3章 優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 概述

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

3.2.1 設(shè)計(jì)變量與設(shè)計(jì)空間

3.2.2 約束

3.2.3 目標(biāo)函數(shù)

3.2.4 數(shù)學(xué)模型

3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)基本方法

3.4 一維搜索方法

3.4.1 確定初始區(qū)間的方法

3.4.2 0.6 18法(黃金分割法)

3.5 無約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.5.1 Powell法

3.5.2 變尺度法

3.6 約束優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.6.1 復(fù)合形法

3.6.2 懲罰函數(shù)法

3.7 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題

3.7.1 尺度變換

3.7.2 多目標(biāo)問題

3.7.3 離散優(yōu)化設(shè)計(jì)問題

3.7.4 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟

3.8 應(yīng)用舉例

3.8.1 連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.8.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.9 ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)介紹

思考題

習(xí)題

第4章 可靠性工程

4.1 概述

4.2 可靠性工程的基礎(chǔ)理論

4.2.1 可靠度和故障率

4.2.2 產(chǎn)品失效模型

4.2.3 產(chǎn)品的平均壽命

4.3 零件機(jī)械強(qiáng)度的可靠性設(shè)計(jì)

4.3.1 應(yīng)力和強(qiáng)度的干涉模型

4.3.2 用分析法進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)

4.3.3 可靠性工程中搜集數(shù)據(jù)的方法

4.3.4 受拉零件的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

4.3.5 梁的靜強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

4.4 機(jī)械系統(tǒng)的可靠性工程

4.4.1 機(jī)械和電子系統(tǒng)的可靠性模型

4.4.2 機(jī)械和電子系統(tǒng)的可靠性預(yù)計(jì)

4.4.3 系統(tǒng)的可靠性分配

4.5 機(jī)械系統(tǒng)故障分析法

4.5.1 FTA的基本概念

4.5.2 故障樹定性分析

4.5.3 故障樹的定量分析

4.6 疲勞強(qiáng)度可靠性分析

4.6.1 疲勞曲線(S-N曲線與P-S-N曲線)

4.6.2 P-S-N曲線的制作原理和方法

4.6.3 給定壽命條件下的疲勞強(qiáng)度及其可靠度

4.6.4 有限壽命脈動(dòng)條件下零件的疲勞壽命及其可靠度

4.7 可靠性試驗(yàn)

4.7.1 概述

4.7.2 指數(shù)分布?jí)勖囼?yàn)的分類和試驗(yàn)設(shè)計(jì)

4.7.3 一般分布、完全子樣的數(shù)據(jù)處理

4.7.4 截尾壽命試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析——點(diǎn)估計(jì)

4.7.5 截尾壽命試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析——區(qū)間估計(jì)

思考題

習(xí)題

第5章 其他現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)介

5.1 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

5.2 模塊化設(shè)計(jì)

5.3 并行設(shè)計(jì)

5.4 模糊設(shè)計(jì)

5.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

5.6 面向制造的設(shè)計(jì)

5.7 綠色設(shè)計(jì)“’

5.8 虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)

附錄

參考文獻(xiàn)2100433B

它們是最優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、有限元法和動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)。該書從實(shí)用角度闡述了這些方法的基本概念、基本理論和基本方法。

學(xué)習(xí)《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法實(shí)用教程》旨在培養(yǎng)讀者了解、熟悉、掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的基本知識(shí)，為應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法解決工程設(shè)計(jì)問題奠定基礎(chǔ)。

陶棟材主編的《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》在討論傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)的關(guān)系、特點(diǎn)，以及對(duì)多種常用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法進(jìn)行概括介紹的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)介紹了優(yōu)化設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、有限元法、可靠性設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)，同時(shí)本書融入了編者多年來在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)方面的一部分研究成果。通過對(duì)本書的學(xué)習(xí)；讀者可以掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)的基本思想原理、設(shè)計(jì)過程和應(yīng)用。

《現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法學(xué)》可作為機(jī)械類碩士生研究生和高年級(jí)本科生教材，也可供其他專業(yè)師生和從事機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員參考。

前言

第1章 緒論

1.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)的概念

1.1.1 設(shè)計(jì)的概念及特征

1.1.2 設(shè)計(jì)發(fā)展的基本階段

1.1.3 現(xiàn)代設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容及特點(diǎn)

1.2.1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的主要內(nèi)容

1.2.2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的特點(diǎn)

1.3 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)及其開發(fā)

1.3.1 現(xiàn)代產(chǎn)品的特點(diǎn)

1.3.2 現(xiàn)代產(chǎn)品的開發(fā)

1.4 學(xué)習(xí)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的意義與任務(wù)

習(xí)題

第2章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

2.1 概述

2.1.1 CAD技術(shù)的起源、發(fā)展和應(yīng)用概況

2.1.2 應(yīng)用CAD技術(shù)的優(yōu)越性

2.1.3 CAD技術(shù)發(fā)展展望

2.2 CAD系統(tǒng)

2.2.1 CAD系統(tǒng)的硬件

2.2.2 CAD系統(tǒng)的軟件

2.2.3 CAD系統(tǒng)的形式

2.2.4 CAD系統(tǒng)的功能

2.3 工程數(shù)據(jù)的處理方法及CAD程序編制

2.3.1 數(shù)表的分類及存取

2.3.2 線圖的分類及處理

2.3.3 列表函數(shù)表的插值算法

2.3.4 數(shù)據(jù)的公式擬合方法

2.4 數(shù)據(jù)文件及其應(yīng)用

2.5 數(shù)據(jù)庫及其應(yīng)用

2.5.1 數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

2.5.2 漢字FOXBASE 2.1數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)在CAD中的應(yīng)用

2.5.3 工程數(shù)據(jù)庫

習(xí)題

第3章 計(jì)算機(jī)繪圖

3.1 概述

3.2 計(jì)算機(jī)繪圖基礎(chǔ)

3.2.1 坐標(biāo)系

3.2.2 窗口、視區(qū)及開窗變換

3.2.3 二維圖形的剪裁

3.3 二維圖形的幾何變換

3.3.1 齊次坐標(biāo)與變換矩陣

3.3.2 基本幾何變換及矩陣表示

3.3.3 組合變換

3.4 機(jī)械工程圖的繪制方法

3.4.1 基本圖形的繪制

3.4.2 零件圖的繪制

3.4.3 裝配圖的繪制

習(xí)題

第4章 優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 概述

4.1.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)基本概念

4.1.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型

4.1.3 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)問題的主要類型

4.1.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)的迭代算法

4.2 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)

4.2.1 二次型與正定矩陣

4.2.2 函數(shù)的方向?qū)?shù)與梯度

4.2.3 函數(shù)的泰勒近似展開式和海森矩陣

4.2.4 無約束優(yōu)化問題的極值條件

4.2.5 凸函數(shù)與凸規(guī)劃

4.2.6 約束優(yōu)化問題的極值條件

4.3 一維優(yōu)化方法

4.3.1 搜索區(qū)間的確定

4.3.2 0.618法（黃金分割法）

4.3.3 二次插值法

4.4 多維無約束優(yōu)化方法

4.4.1 坐標(biāo)輪換法

4.4.2 共軛方向法

4.4.3 梯度法

4.4.4 牛頓法

4.4.5 變尺度法

4.5 約束優(yōu)化方法

4.5.1 復(fù)合形法

4.5.2 懲罰函數(shù)法

4.5.3 簡(jiǎn)約梯度法及廣義簡(jiǎn)約梯度法

4.6 多目標(biāo)問題的優(yōu)化方法

4.6.1 加權(quán)組合法

4.6.2 功效系數(shù)法

4.6.3 主要目標(biāo)法

4.7工程優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.7.1 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)的一般步驟

4.7.2 微機(jī)優(yōu)化方法程序庫PC－

OPB簡(jiǎn)介

4.7.3 工程優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)例

習(xí)題

第5章 機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)

5.1 概述

5.1.1 研究可靠性的意義

5.1.2 可靠性的定義

5.1.3 可靠性技術(shù)的發(fā)展

5.1.4 可靠性設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

5.2 可靠性特征量

5.2.1 可靠度特征量

5.2.2 失效特征量

5.3 可靠性常用概率分布

5.4 機(jī)械強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

5.4.1 強(qiáng)度概率計(jì)算法的基本理論

5.4.2 零件強(qiáng)度可靠度的計(jì)算

5.4.3 零件承載能力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.4 零件工作應(yīng)力分布規(guī)律及分布參數(shù)的確定

5.4.5 強(qiáng)度可靠性計(jì)算條件式與許用可靠度

5.5 強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)方法及步驟

5.6 疲勞強(qiáng)度可靠性設(shè)計(jì)

5.6.1 等幅變應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命及可靠度

5.6.2 不穩(wěn)定應(yīng)力作用下零件的疲勞壽命

5.6.3 承受多級(jí)變應(yīng)力作用的零件在給定壽命時(shí)的可靠度

5.7 機(jī)械系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)

5.7.1 可靠性預(yù)測(cè)

5.7.2 可靠性分配

習(xí)題

第6章 有限元法

6.1 概述

6.2 單元分析

6.2.1 單元分析的任務(wù)和方法

6.2.2 直接剛度法

6.2.3 虛功原理法

6.2.4 能量變分法

6.3 有限元法的應(yīng)用

6.3.1 有限元法的計(jì)算步驟

6.3.2 計(jì)算實(shí)例

6.3.3 其它問題

習(xí)題

第7章 機(jī)電產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)

7.1 概述

7.1.1 工業(yè)造型設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容與基本要素

7.1.2 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的原則

7.1.3 產(chǎn)品造型的美學(xué)內(nèi)容

7.1.4 產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)的程序

7.2 造型與形式法則

7.2.1 形態(tài)要素及其視覺效果

7.2.2 造型美的形式法則

7.3 人機(jī)工程學(xué)簡(jiǎn)介

7.3.1 人體結(jié)構(gòu)尺寸與造型尺度

7.3.2 視覺特征與顯示器設(shè)計(jì)

7.3.3 控制器的選擇與設(shè)計(jì)

7.3.4 控制臺(tái)板設(shè)計(jì)

7.4 產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)

7.4.1 色彩的基本知識(shí)

7.4.2 色彩的對(duì)比與調(diào)合

7.4.3 產(chǎn)品色彩設(shè)計(jì)

習(xí)題

第8章 設(shè)計(jì)方法學(xué)

8.1 概述

8.1.1 設(shè)計(jì)方法學(xué)及其研究?jī)?nèi)容

8.1.2 設(shè)計(jì)系統(tǒng)

8.2 系統(tǒng)化設(shè)計(jì)法

8.2.1 技術(shù)過程及技術(shù)系統(tǒng)

8.2.2 功能分析法

8.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例

8.3 創(chuàng)造性設(shè)計(jì)法

8.3.1 創(chuàng)造力和創(chuàng)造過程

8.3.2 創(chuàng)造性思維及其特點(diǎn)和類型

8.3.3 創(chuàng)造技法

8.4 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)與決策

8.4.1 設(shè)計(jì)中的評(píng)價(jià)

8.4.2 設(shè)計(jì)中的決策

習(xí)題

第9章 工程遺傳算法

9.1 概述

9.1.1 工程遺傳算法的概念

9.1.2 遺傳算法的特點(diǎn)及應(yīng)用

9.2 遺傳算法的基本原理及其計(jì)算步驟

9.2.1 遺傳算法的基本原理

9.2.2 遺傳算法的基本操作

9.2.3 遺傳算法的迭代計(jì)算步驟

9.2.4 遺傳算法的實(shí)現(xiàn)

9.2.5 遺傳算法的數(shù)學(xué)描述

9.3 遺傳算法在機(jī)械工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)例

習(xí)題

第10章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的綜合應(yīng)用

10.1 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

10.1.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)模型的創(chuàng)建方法

10.1.2 機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)舉例

10.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法及其在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.2.1 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法的基本原理與特點(diǎn)

10.2.2 面向?qū)ο筌浖O(shè)計(jì)方法在機(jī)械CAD系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用

10.3 參數(shù)化繪圖方法及其在機(jī)械CAD中的應(yīng)用

10.4 三次設(shè)計(jì)法及其在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

10.4.1 三次設(shè)計(jì)法原理

10.4.2 三次設(shè)計(jì)法在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

習(xí)題

參考文獻(xiàn)

附錄1

附錄2

附錄3 2100433B